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2017-01-11 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
基于Fluent模擬氣固循環流化床反應器內流化情況
1. 模擬原理和結果
采用Fluent計算流體力學軟件,建立數學理論模型基,于雙歐拉模型對氣固循環流化床反應器內流動特性進行數值模擬。
雙流體模型具有嚴格的理論性、計算量小、應用范圍廣等特點,是目前描述氣固兩相流,尤其是稠密氣固兩相流最先進的模型之一。
首先,列出氣相和顆粒相質量守恒方程(連續性方程)。 其中,顆粒相粘性力,對于該力在經典的方法中把它表示為三部分之和,即壓力梯度、顆粒的碰撞粘度與動力粘度之和。
不同的動力粘度的表達式,即構成不同雙歐拉模型,一般有Syamlal et al與 Gidaspow et al 兩種表達關系式。然后利用有限體積法法建立離散方程,即控制容積積分法,該方法的優點在于它具有較為明確的物理意義,因為它在整個計算區域,質量、動量及能量這些物理量的積分守恒都可以得到精確的滿足。
最后通過設置步長和松弛因子等,再通過不斷地迭代,可以模擬出不同組分在氣固循環流化床反應器中的流化情況,結果如下。
1.1 丙烷的流化情況
在0~10s內,每隔1秒,反應物丙烷的流化情況如圖1所示。
圖1. 0~10s內反應物丙烷的流化情況
從上圖中可以得出結論,隨著時間的不斷增加,氣固循環流化床反應器中反應物丙烷的湍動程度越來越劇烈,反應物丙烷的摩爾濃度不斷減小。
在0~10s內反應物丙烷的摩爾濃度隨氣固循環流化床的高度變化而變化的情況如圖2所示。
圖2. 反應物丙烷的摩爾濃度隨氣固循環流化床的高度變化而變化的情況
從上圖中可以看出,隨著氣固循環流化床的高度的不斷增加,反應物丙烷的摩爾濃度先急劇減小,后急劇增大,最后再緩慢減小與增大,進行著波動,這與反應物丙烷的湍動程度有一定的關系。
1.2 氧氣的流化情況
在0~10s內,每隔1秒,反應物氧氣的流化情況如圖3所示。
圖3. 0~10s內反應物氧氣的流化情況
從上圖中可以得出結論,隨著時間的不斷增加,氣固循環流化床反應器中反應物氧氣的湍動程度越來越劇烈,反應物氧氣的摩爾濃度不斷減小。
在0~10s內反應物氧氣的摩爾濃度隨氣固循環流化床的高度變化而變化的情況如圖4所示。
圖4. 反應物氧氣的摩爾濃度隨氣固循環流化床的高度變化而變化的情況
從上圖中可以看出,隨著氣固循環流化床的高度的不斷增加,反應物氧氣的摩爾濃度先急劇減小,后急劇增大,最后再緩慢減小與增大,進行著波動,這與反應物氧氣的湍動程度有一定的關系。
1.3 丙烯酸的流化情況
在0~10s內,每隔1秒,生成物丙烯酸的流化情況如圖5所示。
圖5. 0~10s內生成物丙烯酸的流化情況
從上圖中可以得出結論,隨著時間的不斷增加,氣固循環流化床反應器中生成物丙烯酸的湍動程度越來越劇烈,生成物丙烯酸的摩爾濃度不斷增大。
在0~10s內生成物丙烯酸的摩爾濃度隨氣固循環流化床的高度變化而變化的情況如圖6所示。
圖6. 生成物丙烯酸的摩爾濃度隨氣固循環流化床的高度變化而變化的情況
從上圖中可以看出,隨著氣固循環流化床的高度的不斷增加,生成物丙烯酸的摩爾濃度先急劇增大,后急劇減小,最后再緩慢增大與減小,進行著波動,這與生成物丙烯酸的湍動程度有一定的關系。
1.4水的流化情況
在0~10s內,每隔1秒,生成物水蒸氣的流化情況如圖7所示。
圖7. 0~10s內生成物水蒸氣的流化情況
從上圖中可以得出結論,隨著時間的不斷增加,氣固循環流化床反應器中生成物水蒸氣的湍動程度越來越劇烈,生成物水蒸氣的摩爾濃度不斷增大。
在0~10s內生成物水蒸氣的摩爾濃度隨氣固循環流化床的高度變化而變化的情況如圖8所示。
圖8. 生成物水蒸氣的摩爾濃度隨氣固循環流化床的高度變化而變化的情況
從上圖中可以看出,隨著氣固循環流化床的高度的不斷增加,生成物水蒸氣酸的摩爾濃度先急劇增大,后急劇減小,最后再緩慢增大與減小,進行著波動,這與生成物水蒸氣的湍動程度有一定的關系。
1.5 催化劑的流化情況
在0~1s內,催化劑的流化情況如圖9所示。
圖9. 在0~1s內催化劑在不同提升管高度下的流化情況(側視圖和俯視圖)
從上圖中可以看出,隨著氣固循環流化床的高度的不斷增加,催化劑的流化情況減弱,趨于均勻。
1.6氣固兩相的體積分數
1.6.1氣相的體積分數
在0~1s內氣相的體積分數隨氣固循環流化床的高度變化而變化的情況如圖11所示。
圖11. 在0~1s內氣相的體積分數隨氣固循環流化床的高度變化而變化的情況
1.6.2 固相的體積分數
在0~1s內固相的體積分數隨氣固循環流化床的高度變化而變化的情況如圖12所示。
圖12. 在0~1s內固相的體積分數隨氣固循環流化床的高度變化而變化的情況
1.7 氣相的壓力
在0~1s內氣相的壓力隨氣固循環流化床的高度變化而變化的情況如圖13所示。
圖13. 在0~1s內氣相的壓力隨氣固循環流化床的高度變化而變化的情況
1.7 求解殘差
在0~1s內求解殘差隨氣固循環流化床的高度變化而變化的情況如圖14所示。
圖14. 在0~1s內求解殘差隨氣固循環流化床的高度變化而變化的情況
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